《植物生理学研究进展》
课程论文
题 目 光合作用与能源开发 学 院 专业班级
学生姓名 学生学号
撰写日期： 2012 年 6 月 1 日
植物生理学研究进展课程论文
光合作用与生物能源开发
【摘要】：随着社会的发展，不可再生能源日益减少，世界各国把越来越多的目光聚集到
可再生能源的开发利用上，因此植物的作用越来越大，而光合作用又是植物生长的\"命脉\于是光合作用与能源开发息息相关。现代社会能源危机是人类即将面临的巨大挑战，尤其随着社会发展对能源需求量的不断提高，于是植物的开发利用势在必行。 能源植物以其安全、 环保、 可再生和低成本成为能源开发的焦点和热点。
【关键词】 光合作用，能源植物，利用，现状，前景 【正文】
一、能源重要性
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，安全、可靠的能源供应以及高效、清洁的能源利用是实现经济的可持续发展的基本保证，同时也是国家战略安全保障的基础之一。 当代人类文明的发展模式建立在以煤炭等化石燃料利用为核心的工业化基础上，然而人类目前开发利用的主要的化石能源，包括天然气、石油、和煤炭，面临即将枯竭的危险。同时，大量消费化石能源所排放的SO2气体和CO2气体已严重威胁到人类赖以生存的自然生态环境，造成全球气候变暖、 酸雨等灾难性的后果。 因此，开发新的能源来取代化石能源在能源结构中的主导地位，是避免2l世纪发生严重的灾难性的能源和环境危机的有效的手段。 能源植物以其资源的丰富性、 可再生性和一氧化碳的零排放等一系列优势必将成为一种重要的替代能源。
二.生物能源
植物干物质有90%~95%来自光合作用，农作物产量的形成主要靠叶片的光 合作用。植物是新一代的“生物能源”。
生物能源,是指利用生物可再生原料及太阳能生产的能源，包括生物质 能、生物液体燃料及利用生物质生产的能源， 如燃料酒精、 生物柴油、 生物质气化及液化燃料、 生物制氢等。生物能源不含硫，其碳循环是动态的，能源
1
植物生理学研究进展课程论文
植物通过光合作用固定二氧化碳和水，将太阳能以化学能形式储藏在植物中，是一种可再生的环保型新能源。因此，开发生物能源是解决能 源危机和保护生态环境的有效途径。同时发展生物能源和种植油料作物可以绿化荒山、滩涂、盐碱地。
植物生长发育的基础生物质通过光合作用能够把太阳能富集起来，储存在有机物中，这些能量是人类发 展所需能源的源泉和基础。基于这一独特的形成过程，生物质能既不同于常规的矿物的能源，又有别于其他新能源，兼有两者的特点和优势，是人类最主要的可再生能源之 一。 生物质具体的种类很多，植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、 农作物 （包括秸 秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物的粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。
由于地球上生物数量巨大，由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质，这些物质 所蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家估算，地球上每年生长的生物能总量约 1 400—1800 亿吨（干重），相当于目前世界总能耗的 10 倍。例如我国的生物质能也极为 丰富，现在每年农村中的秸秆量约 6.5 亿吨，到 2010 年已达 7.26 亿吨，相当于 5 亿 吨标煤。柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃物（不包括炭薪林），每年约达 3 700m3，相当于 2000 万吨标煤。
三、光合作用
提高光合作用，增强光合作用利用率是我们利用新能源的首要任务。植物的光合作用经常受到外界环境条件和内部因素的影响而发生变化。表示光合作用变化指标有光合效率和光合生产率。 （一）、外部因素
1、光照：光是光合作用的能量来源，是形成叶绿素的首要且必要条件。而且，光还调节着碳同化许多酶的活性的气孔的开度。所以，光是影响光合作用的
首要因素。合适的光强度以及对光和作用有效地可见光可以提高光合作用。 2、二氧化碳：在一定条件下，植物的光合作用随着CO2浓度的增加而提高。 3、温度:光合作用的暗反应是由酶催化的化学反应，其反应速率受温度影响，因此，温度也是影响光合作用效率的重要因素。而且，在一定温度范围内，昼夜温差大，有利于光合产物积累。
2
植物生理学研究进展课程论文
4、水分：水是光合作用的原料之一，没有水，光合作用便无法进行。但是用于光合作用的水只占蒸腾失水的1%，因此，缺水是影响光合作用主要是间接原因。
5、矿质营养：矿质营养直接或者间接影响光合作用。N、 P、 S 、Mg是叶绿体的重要组成部分；Cu、Fe是电子传递体的重要部分；K、Ca对气孔开闭和同化物的运输具有调节作用。因此农业生产中合理施肥的增产作用，是靠调节植物的光合作用而间接实现的。
6、光合作用的日变化：外界的光强、温度、水分、co2浓度等，每天都在不停的变化，因此光合作用也呈现明显的日变化。同时在晴朗的气温高的中午，光合速率下降，呈现光合“午休”现象。光合“午休”现象造成的损失可以达到光合生产的30%以上，是作物产量形成的一大漏洞，在生产上，要采取适当措施，如及时灌溉，选用抗旱品种等，避免或减轻光合“午休”现象。 二、内部因素对光合作用的影响
1、叶龄：光合作用与叶龄密切相关。从叶片发生到衰老凋萎，其光合作用成单峰曲线变化。通常将叶片充分展开后光合速率维持较高水平的时期，成叶片功能期。过了叶功能期，随着叶片衰老，光合速率下降。
2、同化物输出速率与积累影响：植物体内源和库是相互协调的供应关系，库源的强弱、光合作用从叶片中输出的快慢影响光合作用的效率。光合产物积累影响光合速率。原因包括反馈抑制和淀粉粒的影响。
植物干物质有90%~95%来自光合作用，农作物产量的形成主要靠叶片的光合作用，因此，如何提高光合利用率，制造更多的光合产物，是农业生产的一个根本问题。
提高光合作物产量的途径，作物的产量主要是由光合产物转化而来。提高作物产量的根本途径是改善植物的光合性能。
1、提高光合能力：光合能力一般用光合速率来表示。光合速率本身光合特性和外界光、温、水、肥、气等因素的影响，合理这些因素才能提高光合速率。
2、增加光合面积：光合面积是以叶片为主的绿色面积。通过合理密植、改变株型等措施，可以增大光合面积。
3
植物生理学研究进展课程论文
3、延长光合时间：延长光合时间可以通过提高复种指数、延长生育期及人工光照等措施来实现。同时防止叶片早衰，特别是作物功能叶的早衰，是延长光合时间，提高作物产量的重要措施之一。如通过基因工程培育抗早衰的小麦、水稻、玉米等高产品新品种。
4、减少有机物的消耗：正常的呼吸消耗是植物生命活动所必须的，生产上应该注意提高呼吸效率，尽量减少浪费型呼吸。此外，防止病虫草害，也是江少有机物消耗的重要方面。
5、提高经济系数：经济系数又叫收获指数。国外许多研究证明，作物产量的增加有赖于收获指数的提高。 四、能源利用与开发
目前用于规模化生产生物柴油 的原料有大豆(美国)、油菜籽(欧共体、加拿大)、棕榈油(东南亚)，巴西利用蔗糖发酵制取 燃料乙醇，日本、爱尔兰等国用植物油下脚料及食用回收油作原料生产生物柴油。
人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,当前生物能源的主要形式有沼气, 生物制氢,生物柴油和燃料乙醇.沼气是微生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲 烷.生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源.生物 柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油的替代品更 加环保. 植物能源来源于绿色植物对太阳能的光合作用，是一种可再生的、可持续开发的能源。 通过绿色植物存储太阳能的方式也是最廉价、最有效的。 实际上化石能源也是来源于植物能源，可看作是植物能源的次级能源，同样植物能源也是太阳能的次级能源，人类从最初利用 化石能源到目前开始利用植物能源， 发展到以后大规模利用太阳能， 其利用能源的方式逐渐变得更为直接。 能源植物作为未来的一种新能源，具有许多优点。(1)良好的生态性能。能源植物中的 高能物质，一般不含有硫化物，因此不会形成酸雨污染大气，而且能源植物的种植是对自然 生态环境的一种保护和良好生态的重建。(2)成本低，生产方便。能源植物分布广，若能因地制宜地发展树种，就能够实现就地取木成油，而不需要采矿和长途输送，在解决了大规模的培育和炼制技术后可以确信，植物能源的制备成本要低于矿石能源的开采。(3)具有可再生性。能源植物可以迅速生长，能通过
4
植物生理学研究进展课程论文
规模化种植，保证产量。(4)安全性高。植物能源具有 安全可靠的使用性能，不会发生爆炸，泄漏后不会造成严重的生态影响。
根据所含主要成分的不同，能源植物可分为3大类。
一是富含碳水化合物的能源植物， 如西谷椰子、木薯、甜高粱、甘蔗等，利用这类植物所得到的最终产品是乙醇。该类植物种类较多，分布广泛，主要是一类富含糖类、淀粉类和纤维类的植物。
二是富含油脂的能源植 物，如黄连木、油茶、油桐、光皮树等，它们既是人类食物的重要组成部分，又是工业用途 非常广泛的原料． 这类植物统称为油脂植物。
三是富含类似石油成分的能源植物， 如麻疯树、 油楠、绿玉树等，石油的主要成分是烃类，如烷烃、环烷烃等，富含烃类的植物是植物能源 的最佳来源，生产成本低，利用率高。通常这类植物的茎折断后伤口处有乳白色、黄褐色液 体流出，可称石油植物。 能源作物是指经专门种植，用以提供能源原料的草本和木本植物。 作物能源主要指利用 作物的淀粉质等加工成乙醇(燃料酒精)、生物柴油、生物氢等，直接作为动力来源。
根据巴西有关行业协会统计,2004 年巴西回收铝易拉罐为90亿个,回收率达到96%,居世界第一.其他各类垃圾的回收率也居世界前列,创造了循环经 济模式.回收的垃圾,根据分类,被用于不同的方面,其中大部分非金属类的垃圾均可以转化为能源.生物能源作为绿色能源,具有可再生的特点,而化石能源却是不可再生能源,这是生物能源的另外一大优势.根据估算,地球的石油枯竭期最多可延长到百年，.而生物能源主利用淀粉质生物如植物,薯类,作物秸秆等加工成其他燃料,从大范围来看具有大量 的来源.据专家估计,全球每年产生的生物质能的储量为 1800 亿吨,是取之不尽,用之不 竭的资源.因此,生物能源在将来大有可为,尤其是在石油供应紧张的时候,生物能源将会大显身手.
随着时代发展，生物能源以愈来愈重要。而且生物资源又有着其他资源不可超越的优势。开发利用生物能源是众势所趋，能源的开发和利用，重要的是提高植物产量，所以光合作用是首要因素。因此我们更应该把重心放在光合作用的提高上，以实现新能源的开发和利用。
5
植物生理学研究进展课程论文
【 参考文献】：
一、黄剑坚， 韩维栋, 我国主要木本能源植物的研究现状及利用前景[J], 广东林业科
技 ， 2006， 22(4)：105—110
二、王久臣，戴林，田宜水，等,中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J],农业工程学报， 2007，23(9)：276—282
三、姚囤新，卢磊．能源作物的研究进展[J],安徽农业科学，2007．35(4)：4260—4261 四、李军，吴平冶，李美茹等,能源植物的研究进展及其发展趋势[J],自然杂志，2007， 29(1)：21—25
五、李合生, 《现代植物生理学》 ,第二版
六、李合生 光合作用与呼吸作用关系图解.植物生理学通讯，1998,34（6）：451~452
七、Taiz L ,Zeiger E.Plant Physiology。3d、rd ed.Sinauer Associates Inc ，2002
6
